ARTIKEL PENJADWALAN PROSESOR, MANAJEMEN MEMORY, DAN MANAJEMEN I/O

PENJADWALAN PROSESOR

Penjadwalan merupakan kumpulan kebijaksanaan dan mekanisme di sistem operasi yang berkaitan dengan urutan kerja yang dilakukan sistem komputer. Proses penjadwalan yang akan dibahas disini adalah proses penjadwalan sistem operasi SOLARIS, LINUX, dan WINDOWS XP.
Sasaran atau tujuan utama penjadwalan proses optimasi kinerja menurut kriteria tertentu. dimana kriteria untuk mengukur dan optimasi kerja penjadwalan antara lain :

• Agar semua pekerjaan memperoleh pelayanan yang adil (firness).
• Agar pemakaian prosesor dapat dimaksimumkan.
• Agar waktu tanggap dapat diminimumkan.
• Agar pemakaian sumber daya seimbang.
• Turn arround time, waktu sejak program masuk ke system sampai proses selesai.
• Efesien, proses tetap dalam keadaan sibuk tidak menganggur.
• Agar terobosan (thoughput) dapat dimaksimumkan.

Terdapat 3 tipe penjadwal berada secara bersama-sama pada sistem operasi yang kompleks, yaitu:

1. Penjadwal jangka pendek (short term scheduller)

Bertugas menjadwalkan alokasi pemroses di antara proses-proses ready di memori utama Penjadwalan dijalankan setiap terjadi pengalihan proses untuk memilih proses berikutnya yang harus dijalankan.

1. Penjadwal jangka menengah (medium term scheduller)

Setelah eksekusi selama suatu waktu, proses mungkin menunda sebuah eksekusi karena membuat permintaan layanan masukan/keluaran atau memanggil suatu system call. Proses-proses tertunda tidak dapat membuat suatu kemajuan menuju selesai sampai kondisi-kondisi yang menyebabkan tertunda dihilangkan. Agar ruang memori dapat bermanfaat, maka proses dipindah dari memori utama ke memori sekunder agar tersedia ruang untuk proses-proses lain. Kapasitas memori utama terbatas untuk sejumlah proses aktif. Aktivitas pemindahan proses yang tertunda dari memori utama ke memori sekunder disebut swapping. Proses-proses mempunyai kepentingan kecil saat itu sebagai proses yang tertunda. Tetapi, begitu kondisi yang membuatnya tertunda hilang dan dimasukkan kembali ke memori utama dan ready.

1. Penjadwal jangka panjang (long term scheduller)

Penjadwal ini bekerja terhadap antrian batch dan memilih batch berikutnya yang harus dieksekusi. Batch biasanya adalah proses-proses dengan penggunaan sumber daya yang intensif (yaitu waktu pemroses, memori, masukan/keluaran), program-program ini berprioritas rendah, digunakan sebagai pengisi (agar pemroses sibuk) selama periode aktivitas job-job interaktif rendah.
PENJADWALAN PROSES SISTEM OPERASI SOLARIS

Company /developer	Oracle Corporation
Programmed in	C
OS family	Unix
Source model	Mixed open source / closed source
Initial release	1992
Latest stable release	10 10/09 / October 8, 2009; 10 months ago
Availablelanguage(s)	English
Availableprogramming languages(s)	C
Supported platforms	SPARC, IA-32, x86-64,PowerPC (Solaris 2.5.1 only)
Kernel type	Monolithic
Default user interface	Java Desktop System orCDE
License	Various
Official website	oracle.com/solaris

Solaris menggunakan penjadwalan berdasarkan prioritas dimana yang mempunyai prioritas yang lebih tinggi dijalankan terlebih dahulu. Informasi tentang penjadwalan kernel thread dapat dilihat dengan ps -elcL. Kernel Solaris adalah fully preemtible, artinya semua thread, termasuk thread yang mendukung aktifitas kernel itu sendiri dapat ditunda untuk menjalankan thread dengan prioritas yang lebih tinggi.
Gambar penjadwalan solaris
Solaris mengenal 170 prioritas yang berbeda, 0-169. Terbagi dalam 4 kelas penjadwalan yang berbeda:

1. Real time (RT). Thread di kelas RT memiliki prioritas yang tetap dengan waktu kuantum yang tetap juga. Thread ini memiliki prioritas yang tinggi berkisar antara 100-159. Hal inilah yang membuat proses waktu nyata memiliki response time yang cepat. Proses waktu nyata akan dijalankan sebelum proses-proses dari kelas yang lain dijalankan sehingga dapat menghentikan proses di system class. Pada umumnya, hanya sedikit proses yang merupakan real time class.
2. System (SYS). Solaris menggunakan system class untuk menjalankan kernel proses, seperti penjadwalan dan paging daemon. Threads di kelas ini adalah “bound” threads, berarti bahwa mereka akan dijalankan sampai mereka di blok atau prosesnya sudah selesai. Prioritas untuk SYS threads berkisar 60-99. Sekali dibangun, prioritas dari sistem proses tidak dapat dirubah. System classdialokasikan untuk kernel use( user proses berjalan di kernel mode bukan di system class).
3. Time Sharing (TS). Time sharing class merupakan default class untuk proses dan kernel thread yang bersesuaian. Time slices masing-masing proses dibagi berdasarkan prioritasnya. Dalam hal ini, prioritas berbanding terbalik dengan time slices-nya. Untuk proses yang prioritasnya tinggi mempunyai time-slices yang pendek, dan sebaliknya proses dengan prioritas yang rendah mempunyai time slices yang lebih panjang. Besar prioritasnya berada antara 0-59. Proses yang interaktif berada di prioritas yang tinggi sedangkan proses CPU-bound mempunyai prioritas yang rendah. Aturan penjadwalan seperti ini memberikan response time yang baik untuk proses yang interaktif, dan troughput yang baik untuk proses CPU-bound.
4. Interactive (IA). Kelas Interaktif menggunakan aturan yang sama dengan aturan dengan kelas kelas time sharing, tetapi kelas ini memberikan prioritas yang tinggi untuk aplikasi jendela ( windowing application) sehingga menghasilkan performance yang lebih baik. Seperti TS, range IA berkisar 0-59.

Tabel . Solaris dispatch table for interactive and time sharing threads

Priority	Time quantum	Time quantum expired	return from sleep
0	200	0	50
5	200	0	50
10	160	0	51
15	160	5	51
20	120	10	52
25	120	15	52
30	80	20	53
35	80	25	54
40	40	30	55
45	40	35	56
50	40	40	58
55	40	45	58
59	20	49	59

Keterangan:

1. Priority: prioritas berdasarkan kelas untuk time sharing dan interactive class. Nomor yang lebih tinggi menunjukkan prioritas yang lebih tinggi.

1. Time quantum: waktu kuantum untuk setiap prioritas. Dapat diketahui bahwa fungsi waktu kuantum berbanding terbalik dengan prioritasnya.

1. Time quantum expired: Prioritas terbaru untuk thread yang telah habis time slices-nya tanpa diblok. Dapat dilihat dari tabel bahwa thread yang CPU-boundtetap mempunyai prioritas yang rendah.

1. Return from sleep: Prioritas thread yang kembali dari sleeping(misalnya menunggu dari M/K). Seperti yang terlihat dari tabel ketika M/K berada di waiting thread, prioritasnya berada antara 50-59, hal ini menyebabkan response time yang baik untuk proses yang interaktif.

1. Fixed Priority (FX). Thread di kelas fixed priority memiliki range prioritas (0-59) yang sama seperti di time-sharing class; tetapi, prioritas mereka tidak akan berubah.
2. Fair Share Scheduler (FSS). Thread yang diatur oleh FSS dijadwalkan berdasar pembagian sumber daya dari CPU yang tersedia dan dialokasikan untuk himpunan proses-proses (yang dikenal sebagai project). FS juga berkisar 0-59. FSS and FX baru mulai diimplementasikan di Solaris 9.

Seperti yang telah diketahui, setiap kelas penjadwalan mempunyai himpunan dari prioritas-prioritas. Tetapi, penjadwal mengubah class-specific priorities menjadi global priorities kemudian memilih threaddengan prioritas paling tinggi untuk dijalankan. Thread yang dipilih tersebut jalan di CPU sampai thread tersebut (1) di- block, (2) habis time slices-nya, atau (3) dihentikan oleh thread dengan prioritas yang lebih tinggi. Jika ada beberapa thread dengan prioritas yang sama, penjadwal akan menggunakan Round-Robin queue. Seperti yang pernah dijelaskan sebelumnya, Solaris terdahulu menggunakan many-to-many model tetapi solaris 9 berubah menggunakan one-to-one model.
PENJADWALAN PROSES SISTEM OPERASI LINUX

Company /developer	Linus Torvalds and many others
Programmed in	Assembly, C
OS family	Unix-like
Working state	Current
Source model	Free and open source software
Latest stable release	2.6.35.3 (August 20, 2010; 3 days ago)[1] [+/−]
Latest unstable release	2.6.36-rc2 (August 23, 2010; 0 days ago)[2][+/−]
Marketing target	Desktops, servers, embedded devices
Availablelanguage(s)	Multi-lingual
Availableprogramming languages(s)	Assembly, C, C++
Supported platforms	IA-32, MIPS, x86-64, SPARC,DEC Alpha, Itanium, PowerPC,ARM, m68k, PA-RISC, s390,SuperH, M32R and more
Kernel type	Monolithic
Userland	GNU and others
Default user interface	Graphical (X Window System)
License	Various including GNU General Public License, BSD License, Apache License, MIT License, and others[3]
Officialwebsite	http://www.kernel.org

Mulai di versi 2.5, Kernel linux dapat berjalan di berbagai algoritma penjadwalan UNIX tradisional. Dua masalah dengan penjadwal UNIX tradisional adalah tidak disediakannya dukungan yang cukup untuk SMP (symmetric multiprocessor) sistem dan tidak diperhitungkan dengan baik jumlah tasks pada sistem yang berkembang. Dalam versi 2.5, penjadwal memeriksa dengan teliti hal tersebut, dan sekarang kernel juga menyajikan algoritma penjadwalan yang dapat run dalam waktu yang konstan tidak tergantung dari jumlah tasks dalam sistem. Penjadwal yang baru juga menyediakan peningkatan dukungan untuk SMP, termasuk processor affinity dan load balancing, sebaik dalam menyediakan keadilan dan dukungan terhadap interactive tasks.
Penjadwal linux adalah preemptive, algoritmanya berdasarkan prioritas dengan dua range prioritas yang terpisah: real-time range dari 0-99 dan nice value berkisar dari 100-140. Dua range ini dipetakan menjadi global priority scheme dimana nilai yang lebih rendah memiliki prioritas yang lebih tinggi. Tidak seperti penjadwal yang lain, Linux menetapkan prioritas yang lebih tinggi memiliki waktu kuantum yang lebih panjang dan prioritas yang lebih rendah memiliki waktu kuantum yang lebih pendek.
Linux mengimplementasikan real time scheduling seperti yang didefinisikan oleh POSIX 1.b: First Come First Served dan Round Robin. Sistem waktu nyata( real time)diberikan untuk task yang prioritasnya tetap. Sedangkan task yang lainnya memiliki prioritas yang dinamis berdasakan nice values ditambah atau dikurangi dengan 5. Interaktifitas sebuah task menentukan apakah nilai 5 tersebut akan ditambah atau dikurangi dari nice value. Task yang lebih interaktif mempunyai ciri khas memiliki sleep times yang lebih lama dan karena itu maka ditambah dengan -5, karena penjadwal lebih menyukaiinteractive task. Hasil dari pendekatan ini akan membuat prioritas untuk interactive task lebih tinggi. Sebaliknya, task dengan sleep time yang lebih pendek biasanya lebih CPU-bound jadi prioritasnya lebih rendah.
Gambar . Hubungan antara prioritas dan waktu kuantum
Task yang berjalan memenuhi syarat untuk dieksekusi oleh CPU selama time slice-nya masih ada. Ketika sebuah task telah kehabisan time slice-nya, maka task tersebut akan expired dan tidak memenuhi syarat untuk dieksekusi lagi sampai semua task yang lain sudah habis waktu kuantumnya. Kernel mengatur daftar semua task yang berjalan di runqueue data structure. Karena dukungan Linux untuk SMP, setiap prossesor mengatur runqueue mereka sendiri dan penjadwalan yang bebas. Setiap runqueue terdiri dari dua array prioritas – active dan expired. Active array terdiri dari semua task yang mempunyai sisa waktu time slices, dan expired array terdiri dari task yang telah berakhir. Setiap array prioritas ini memiliki daftar task indexed berdasakan prioritasnya. Penjadwal memilih task dengan prioritas paling tinggi di active array untuk dieksekusi dalam CPU. Di mesin multiprossesor, ini berarti setiap prossesor menjadwalkan prioritas paling tinggi dalam runqueue structuremasing-masing. Ketika semua tasktelah habis time slices-nya (dimana, active array-nya sudah kosong), dua array prioritas bertukar; expired array menjadi active array, dan sebaliknya.
Gambar . Daftar task indexed berdasarkan prioritas
Penghitungan ulang dari task yang memiliki prioritas yang dinamis berlangsung ketika task telah menyelesaikan waktu kuantumnya dan akan dipindahkan ke expired array. Jadi, ketika ada dua larik ( array) ditukar, semua task di array aktif yang baru ditentukan prioritasnya yang baru dan disesuaikan juga time slices-nya.
PENJADWALAN PROSES SISTEM OPERASI WINDOWS XP 

Developer	Microsoft Corporation
Release date	RTM: August 24, 2001 Retail: October 25, 2001 (info)
Current version	5.1.2600.5512 Service Pack 3 (x86 SP3) (21 April 2008; 2 years ago) (info)
Source model	Closed source, Shared source[1]
License	Microsoft-EULA
Kernel type	Hybrid
Update method	Windows Update
Platform support	IA-32, x86-64, IA-64
Website	Windows XP: Homepage

Windows XP menggunakan algoritma, prioritas penjadwalan quantum-based berbasis reemptive priority scheduling .
Gambar Proses Pada Windows Xp
Threads dijadwalkan dalam proses, Karena prioritas preemptive algoritma diimplementasikan dengan beberapa queue, dapat dianggap sebagai algoritma multiple feedback-queue . Namun, masing-masing Threads biasanya terbatas pada kelompok kecil dari 5 level prioritas,
Preemption dapat terjadi karena salah satu dari 4 alasan:

• • thread menjadi prioritas lebih tinggi-siap
  • thread berakhir
  • kuantum habis waktu
  • thread melakukan panggilan sistem pemblokiran, seperti untuk I / O, dalam hal ini meninggalkan keadaan ready menjadi keadaan menunggu.

Gambar Quatum pada windows XP
32 tingkat prioritas digunakan, di mana prioritas 31 merupakan prioritas tertinggi dan prioritas 0 adalah prioritas terendah

• • memori manajemen thread: prioritas 0
  • variabel kelas prioritas (1-15)
  • real-time kelas prioritas (16-31)

• Threads di kelas real-time telah tetap prioritasnya.
• Threads yang berjalan selalu dengan tingkat prioritas tertinggi.
• Jika tidak ada thread yang ready, Threads idle dijalankan.
• Ketika waktu quantum thread habis, prioritasnya diturunkan, tetapi prioritasnya tidak pernah diturunkan terlalu jauh.

Ketika Threads menjadi ready setelah keadaan menunggu, maka diberikan prioritas tertinggi setiap threads dari proses yang terkait dengan program yang saat ini pengguna gunakan diberikan prioritas lebih .
3.ALGORITMA PENJADWALAN PROSES 

Algorima ini merupakan proses antrian, yang mana proses akan mendapatkan jatah waktu sebesar time quantum. Jika waktu quantumnya selesai maka prosesnya pun selesai. Proses ini merupakan proses yang adil karena tidak ada proses yang didahulukan, semua proses mendapatkan jatah waktu yang sama yaitu 1/n.

Permasalahan utama pada Round Robin adalah menentukan besarnya time quantum. Jika time quantum yang ditentukan terlalu kecil, maka sebagian besar proses tidak akan selesai dalam 1 quantum. Hal ini tidak baik karena akan terjadi banyak switch, padahal CPU memerlukan waktu untuk beralih dari suatu proses ke proses lain (disebut dengan context switches time). Sebaliknya, jika time quantum terlalu besar, algoritma Round Robin akan berjalan seperti algoritma first come first served yang mana yang dating dahulu akan dilayani terlebih dahulu.Time quantum yang ideal adalah jika 80% dari total proses memiliki CPU burst time yang lebih kecil dari 1 time quantum.

Gambar Urutan Kejadian Algoritma Round Robin

Multiple Feedback Queue (MFQ)

Algoritma ini merupakan algoritma yang mengizinkan proses untuk pindah antrian. Jika suatu proses menyita CPU terlalu lama, maka proses itu akan dipindahkan ke antrian yang lebih rendah. Hal ini akan sangat menguntungkan karena akan menggunakan waktu yang sedikit dalam pengerjaan proses-proses tersebut. Demikian pula dengan proses yang menunggu lama maka prose ini akan dinaikkan ke tingkat yang lebih tinggi. Dengan begitu CPU akan bekerja dengan penuh dan M/K dapat terus sibuk. Semakin rendah tingkatnya, panjang CPU burst proses juga semakin panjang.

Gambar Multilevel Feedback Queue

Shortest Remaining First (SRF)

Pada algoritma ini setiap proses yang ada di ready queue akan dieksekusi berdasarkan burst time terkecil. Hal ini mengakibatkan waiting time yang pendek untuk setiap proses dan karena hal tersebut maka waiting time rata-ratanya juga menjadi pendek, sehingga dapat dikatakan bahwa algoritma ini adalah algoritma yang optimal.

Tabel Contoh Shortest Job First

Contoh: Ada 4 buah proses yang datang berurutan yaitu P1 dengan arrival time pada 0.0 ms dan burst time 7 ms, P2 dengan arrival time pada 2.0 ms dan burst time 4 ms, P3 dengan arrival time pada 4.0 ms dan burst time 1 ms, P4 dengan arrival time pada 5.0 ms dan burst time 4 ms. Hitunglah waiting time rata-rata dan turnaround time dari keempat proses tersebut dengan mengunakan algoritma SJF. Average waiting timerata-rata untuk ketiga proses tersebut adalah sebesar (0 +6+3+7)/4=4 ms.

Higest Ratio Next (HRN)

Higest Ratio Next (HRN) Merupakan penjadwalan untuk mengoreksi kelemahan SJFyang berprioritas dinamis. HRN Adalah strategi penjadwalan dengan prioritas proses tidak hanya merupakan fungsi waktu layanan,tetapi juga jumlah waktu tunggu proses. Begitu proses mendapat jatah pemroses, maka proses berjalan sampai selesai. Prioritas dinamis HRN dihitung berdasarkan rumus berikut : Prioritas = (waktu tunggu + waktu layanan ) / waktu layanan. Karena waktu layanan muncul sebagai pembagi, maka job lebih pendek berprioritas lebih baik, karena waktu tunggu sebagai pembilang, maka proses yang telah menunggu lebih lama juga mempunyai kesempatan lebih bagus. Mengapa algoritma ini disebut HRN karena waktu tunggu ditambah waktu layanan adalah waktu tanggap, yang berarti waktu tanggap tertinggi yang harus dilayani.

Priority Schedulling (PS)

Priority Scheduling merupakan algoritma penjadwalan yang mendahulukan proses yang memiliki prioritas tertinggi. Setiap proses memiliki prioritasnya masing-masing.

Prioritas suatu proses dapat ditentukan melalui beberapa karakteristik antara lain:

1.       Time limit.

2.       Memory requirement.

3.       Akses file.

4.       Perbandingan antara burst M/K dengan CPU burst.

5.       Tingkat kepentingan proses.

Priority scheduling juga dapat dijalankan secara preemptive maupun non preemptive. Pada preemptive, jika ada suatu proses yang baru datang memiliki prioritas yang lebih tinggi daripada proses yang sedang dijalankan, maka proses yang sedang berjalan tersebut dihentikan, lalu CPU dialihkan untuk proses yang baru datang tersebut. Sementara itu, pada non-preemptive, proses yang baru datang tidak dapat menganggu proses yang sedang berjalan, tetapi hanya diletakkan di depan queue.

Kelemahan pada priority scheduling adalah dapat terjadinya indefinite blocking( starvation). Suatu proses dengan prioritas yang rendah memiliki kemungkinan untuk tidak dieksekusi jika terdapat proses lain yang memiliki prioritas lebih tinggi darinya. Solusi dari permasalahan ini adalah aging, yaitu meningkatkan prioritas dari setiap proses yang menunggu dalam queue secara bertahap. Contoh: Setiap 10 menit, prioritas dari masing-masing proses yang menunggu dalam queue dinaikkan satu tingkat. Maka, suatu proses yang memiliki prioritas 127, setidaknya dalam 21 jam 20 menit, proses tersebut akan memiliki prioritas 0, yaitu prioritas yang tertinggi (semakin kecil angka menunjukkan bahwa prioritasnya semakin tinggi).

Guaranteed Scheduling (GS)

Penjadwalan ini memberikan janji yang realistis (memberi daya pemroses yang sama) untuk membuat dan menyesuaikan performance adalah jika ada N pemakai, sehingga setiap proses (pemakai) akan mendapatkan 1/N dari daya pemroses CPU. Untuk mewujudkannya, sistem harus selalu menyimpan informasi tentang jumlah waktu CPU untuk semua proses sejak login dan juga berapa lama pemakai sedang login. Kemudian jumlah waktu CPU, yaitu waktu mulai login dibagi dengan n, sehingga lebih mudah menghitung rasio waktu CPU. Karena jumlah waktu pemroses tiap pemakai dapat diketahui, maka dapat dihitung rasio antara waktu pemroses yang sesungguhnya harus diperoleh, yaitu 1/N waktu pemroses seluruhnya dan waktu pemroses yang telah diperuntukkan proses itu. Rasio 0,5 berarti sebuah proses hanya punya 0,5 dari apa yang waktu CPU miliki dan rasio 2,0 berarti sebuah proses hanya punya 2,0 dari apa yang waktu CPU miliki. Algoritma akan menjalankan proses dengan rasio paling rendah hingga naik ketingkat lebih tinggi diatas pesaing terdekatnya. Ide sederhana ini dapat diimplementasikan ke sistem real-time dan memiliki penjadwalan berprioritas dinamis.

MANAJEMEN MEMORI

Menejemen memori di bagi menjadi 2 yaitu :

1. a.   Menejemen memori statis

Dengan pemartisian statis, jumlah, lokasi dan ukuran proses dimemori tidak beragam sepanjang waktu secara tetap.

1. Menejemen memori dinamis

Dengan pemartisian dinamis, jumlah, lokasi dan ukuran proses memori dapat beragam sepanjang waktu secara dinamis.

1. 1. Manajemen memori berdaasar alokasi memori:
   1. a.     Alokasi memori berturutan

Alokasi memori secara berturutan adalah tiap proses menempati satu blok tunggal memori yang berturutan

Keunggulan :

• Sederhana
  • Tak terbentuk lubang lubang memori bersebaran
  • Proses dapat dieksekusi lebih cepat

Kelemahan:

• Dapat memboroskan memori
• Tidak dapat memuatkan proses jika tidak ada satu blok memori yang mencukupi

1. b.    Alokasi memori tak berturutan

Program dibagi menjadi beberapa blok atau segmen. Blokblok program ditempatkan di memori dalam potonganpotongan tanpa perlu saling berdekatan. Teknik ini biasa digunakan pada system memori maya sebagai alokasi pagepage dilakukan secara global.

Keunggulan:

• Sistem dapat memanfaatkan memori utama secara lebih efisien
• System operasi masih mampu memuatkan proses bila jumlah total lubanglubang  memori cukup untuk memuat proses yang akan dieksekusi

Kelemahan:

• Pengendalian lebih rumit dan sulit
  • Kemungkinan terjadi banyak lubang memori yang tak terpakai bersebaran

1. 2. Manajemen memori berdasarkan keberadaan
   1. a.    Manajemen memori dengan swapping

Manajemen memori dengan pemindahan citra proses antara memori utama dengan disk selama eksekusi.

1. b.    Manajemen memori tanpa swapping

Manajemen memori tanpa pemindahan citra proses antara memori utama dengan disk selama eksekusi

1. 3. Manajemen memori tanpa swapping

Terdiri dari :

1. a.   Monoprogramming

Monoprogramming sderhana tanpa swapping merupakan manajemen memori sederhana. Sistem computer hanya mengijinkan satu program pemakai berjalan pada satu waktu. Semua sumber daya sepenuhnya dikuasai proses yang sedang berjalan.

Ciriciri:

• Hanya satu proses pada satu saat
• Hanya satu proses menggunakan semua memori
• Pemakai memuatkan program ke seluruh memori dari disk/tape
• Program mengambil alih kendali seluruh mesin

Karena hanya terdapat satu proses dan menguasai seluruh sistem maka alokasi memori dilakukan secara berturutan

Embedded system

Teknik monoprogramming masih dipakai untuk sistem kecil yaitu system tempelan (Embedded sitem) yang terdapat pada system lain. Sistem tempelan menggunakan mikroprosessor kecil. Sistem ini biasanya mengendalikn suatu alat sehingga bersifat intelejen(intelejentdevice) dalam menyediakan satu fungsi spesifik.

Proteksi pada monoprogramming sederhana

Pada monoprogramming pemakai memiliki kendali penuh terhadapmemori utama.Memori terbagi menjadi 3 bagian , yaitu

• Bagian rutin system operasi
• Bagian program pemakai
• Bagian yang tidak digunakan

Masalah proteksi di monoprogramming adalah cara untuk melindungi

rutin system operasi dari penghancuran program pemakai. Program

pemakai dapat tersesat sehingga memanipulasi atau menempati ruang

memori rutin system operasi. Aktivitas ini dapat merusak system operasi.

Proteksi diimplementasikan dengan menggunakan satu register batas di

processor. Setiap kali program pemakai mengacu alamat memori

dibandingkan dengan register batas untuk memastikan proses tidak

pemakai tidak merusak system operasi, yaitu tidak melewati nilai register

batas.

Register batas berisi alamat memori tertinggi yang dipakai system operasi.Jika program pemakai mencoba memasuki system operasi, instruksi diintersepsi dan job diakhiri dan diberi pesan kesalahan.

1. b.                  Multiprogramming dengan pemartisian statis

Alasan penggunaan multiprogramming:

• Mempermudah programmer
• Agar dapat memberikan layanan interaktif ke beberpapa orang secara

simultan

• Efisiensi penggunaan sumber daya
  • Eksekusi lebih mudah jika proses besar dipecah menjadi beberapa proses kecil
  • Dapat mengerjakan sejumlah job secara simultan

Strategi penempatan program ke paritisi

a.         Strategi penempatan pada pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran

sama.Penempatan proses ke memori dilakukan secara mudah karena           dapat dipilih sembarang partisi yang kosong.

b.         Strategi penempatan pada pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran

berbeda.

Relokasi.

Adalah masalah penempatan proses sesuai alamat fisik sehubungan alamat partisi memori dimana proses ditempatkan. Proses dapat ditempatkan pada  partisi-partisi berbeda menurut keadaan sistem saat itu. Pengalamatan  fisik secara absolut untuk proses tidak dapat dilakukan.

Proteksi pada Multiprogramming

Masalah proteksi pada banyak partisi dengan banyak proses di satu system secara bersamaan dikhawatirkan proses menggunakan atau modifikas idaerah yang dikuasai proses lain.Pada komputer IBM 360 membagi memori menjadi blok-blok,tiap blok ditambah 4 bit kode proteksi. Proses juga mempunyai PSW (programstatus Word) yang antar lain berisi status proteksi. Status proteksi berisi 4bit yang merupakan kunci dalam pengasesan memori.Proses hanya diijinkan mengakses blok blok memori yang berkode proteksi sama dengan kode proteksi yang dimiliki PSW proses.Solusi lain adalah dengan base register dan limit register. Base register diisi alamat awal partisi dan limit register diisi panjang partisi. Setiap alamat yang dihasilkan secara otomatis ditambah dengan nilai base register.Instruksi yang mengacu pada alamat yang melebihi limit register akan menimbulkan trap yang memberi tahu system operasi bahwa telah terjadi pelanggaran akses memori.

Fragmentasi pada pemartisian statis

• Fragmentasi internal, yaitu proses tidak mengisi penuh partisi yangtelah ditetapkan untuk proses
• Fragmentasi eksternal, partisi dapat tidak digunakan karena ukuranpartisi lebih kecil dibandingkan ukuran proses yang menunggu diantrian, sehingga tidak digunakan.

1. 4. Menejemen memori pada multi programming

Multiprogramming dengan swapping.

Pada sistem batch, organisasi memori dengan pemartisian tetap telah efektif. Selama jumlah proses yang terseduan dapat membuat pemroses sibuk, tak ada alasaan menggunakanan teknik lebih rumit. Pada sistem timesharing, situasinya berbeda, umumnya terdapat lebih banyak proses dibanding memori yang tersedia untuk memuat seluruh proses. Dengan demikian perlu menyimpan proses-proses yang tidak termuat ke disk. Untuk menjalankan proses-proses yang akan dieksekusi, proseproses itu harus telah masuk memori utama. Pemindahan  proses dari memori utama ke disk dan sebaliknya di sebut swapping. Dengan swapping, multiprogramming pada sistem time sharing dapt ditingkatkan kinerjanya yaitu dengan memindah proses-proses blocked ke disk dan hanya memasukkkan proses-proses ready ke memori utama. Beragam masalah harus diatasi multiprogramming dengan swapping, antara lain :

a. Pemartisian secara dinamis.

b. Strategi pencatatan pemakaian memori.

c. Algoritma penempatan proses ke memori.

d. Strategi penempatan ruang swap pada disk.

Multiprogramming dengan pemartisian dinamis

Pemartisian statis tidak menarik karena terlalu banyak diboroskan proses-proses yang lebih kecil dibanding partisi yang ditempatinya. Dengan pemartisian dinamis maka jumlah, lokasi dan ukuran proses di memori dapat beragam sepanjang waktu secara dinamis. Proses yang akan masuk ke memori segera dibuatkan paritisi untuknya sesuai kebutuhannya. Teknik ini meningkatkan utilitasi memori.

Kelemahan pemartisian dinamis adalah :

a. Dapat terjadi lubang-lubang kecil memori di antara partisi-partisi yang dipakai.

b. Merumitkan alokasi dan dealokasi memori.

5.                  Pencatatan pemakain memori

Memori yang tersedia harus dikelola, dilakukan dengan pencatatan pemakaian

memori. Terdapat dua cara utama pencatatan pemakaian memori, yaitu :

1.         Pencatatan memakai peta bit.

Memori dibagi menjadi unit-unit alokasi,berkorespondensi dengan tiap unit

alokasi adalah satu bit pada bit map.

* Nilai 0 pada peta bit berarti unit itu masih bebas.

* Nilai 1 berarti unit digunakan.

Masalah pada peta bit adalah penetapan mengenai ukuran unit alokasi

memori, yaitu :

* Unit lokasi memori berukuran kecil berarti membesarkan ukuran peta bit.

* Unit alokasi memori n berukuran besar berarti peta bit kecil tapi memori

banyak disiakan pada unit terakhir jika ukuran proses bukan kelipatan unit

alokasi.

Keunggulan :

* Dealokasi dapat dilakukan secara mudah, hanya tinggal menset bit yang

berkorespondensi dengan unit yang telah tidak digunakan dengan 0.

Kelemahan :

* Harus dilakukan penghitungan blok lubang memori saat unit memori bebas.

* Memerlukan ukutan bit map besar untuk memori yang besar.

2.         Pencatatan memakai senarai berkait.

Sistem operasi mengelola senarai berkait (linked list) untuk segmen-segmen memori yang telah dialokasikan dan bebas. Segmen memori menyatakan  memori untuk proses atau memori yang bebas (lubang). Senarai segmen diurutkan sesuai alamat blok.

Keunggulan :

* Tidak harus dilakukan perhitungan blok lubang memori karena sudah

tercatat di node.

* Memori yang diperlukan relatif lebih kecil.

Kelemahan :

* Dealokasi sulit dilakukan karena terjadi berbagai operasi penggabungan

node-nude di senarai.

6.                  Penggunaan memori

§     Pencocokan ukuran informasi ke penggalan memori kerja di sebut sebagai fit

§     Bagian dari memori kerja yang tidak terpakai dan letaknya tersebar di banyak wilayah memori kerja disebut sebagai fragmen.

§     Peristiwa terjadinya fragmen disebut fragmentasi.

7.                        Pencocokan(fit) dan fragmentasi

Beberapa jenis strategi pencocokan antara lain :

1.         Cocok pertama / First fit algorithm

Pencocokan terjadi menurut antrian informasi, informasi yang terdepan dicocokkan terlebih dahulu dan menurut urutan penggalan, penggalan yang terdepan dicocokkan terlebih dahulu. Contoh : Antrian informasi setiap ukuran.

2.         Cocok pertama berdaur / Cyclical first fit

Pencocokan tidak harus dimulai dari urutan penggalan memori pertama.Contoh : informasi 2K telah menempati penggalan 4 K, pencocokan cocok pertama berdaur bagi informasi 1K tidak lagi mencoba penggalan 4K tetapi 3K dan karena penggalan memori ini dapat menampung informasi tersebut, maka pada cocok pertama berdaur informasi 1K menempati memori 3K.

3.         Cocok terbaik / best fit

Mencari penggalan memori yang dapat menampung informasi yang paling pas / tidak ada memori di penggalan yang tersisa / sisanya yang paling kecil.Contohnya informasi pertama 2K mencari penggalan informasi yang terpas yaitu pada penggalan memori 2K juga / tidak ada sisa.

4.         Cocok terburuk / worst fit

Kebalikan dari cocok terbaik yaitu akan menempati penggalan yang ukurannya terbesar sehingga banyak ruang memori pada penggalan itu yang tidak terpakai.Contohnya informasi 2K akan menempati penggalan berukuran 6K sisa yang tidak terpakai = 4K.

8.                  Fragmentasi

Fragmentasi yaitu penyiaan/pemborosan memori akan terjadi pada setiap organisasi penyimpanan.

Fragmentasi pada pemartisian tetap terjadi adalah :

a. Fragmentasi internal.

Proses tidak mengisi penuh partisi yang telah ditetapkan untuk proses.

b. Fragmentasi ekstenal.

Partisi dapat tidak digunakan karena ukuran partisi lebih kecil dibanding ukuran proses yang menunggu di antrian, sehingga tidak digunakan.

Untuk sistem-sistem tanpa swapping (pemindahan lokasi proses), maka fragmentasi-fragmentasi tidak dapat dikurangi. Pada sistem-sistem dengan swapping, sistem lebih intelijen karena dapat melakukan beberapa altenatif mengatasi fragmentasi eksternal.

9.                  Sistem Buddy

Sistem buddy adalah algoritma pengelolaan memori yang memanfaatkan kelebihan penggunaan bilangan biner dalam pegalamatan memori. Karakteristik bilangan biner digunakan untuk mempercepat penggabungan lubang-lubang berdekatan ketika proses terakhir atau dikeluarkan.Manajer memori mengelola senarai blok-blok bebas berukuran 1, 2, 4, 8, 16 byte dan seterusnya sampai kapasita memori. Pada komputer dengan 1 Mbyte memori maka dapat terdapat 21 senarai yaitu dari 1 byte sampai 1 Mbyte.

Keunggulan :

·      Sistem buddy mempunyai keunggulan dibanding algoritma-algoritma yang   mengurutkan blok-blok berdasarkan ukuran. Ketika blok berukuran 2k dibebaskan, maka manajer memori hanya mencari pada senarai lubang 2k untuk memeriksa apakah dapat dilakukan penggabungan. Pada algoritma-algoritma lain yang memungkinkan blok-blok memori dipecah dalam sembarang ukuran, seluruh senarai harus dicari.

·           Dealokasi pada sistem buddy dapat dilakukan dengan cepat.

Kelemahan :

·           Utilisasi memori pada sistem buddy sangat tidak efisien.Masalah ini muncul dari dari kenyataan bahwa semua permintaan dibulatkan ke 2k terdekat yang dapat memuat. Proses berukuran 35 kb harus dialokasikandi 64 kb, terdapat 29 kb yang disiakan. Overhead ini disebut fragmentasi internal karena memori yang disiakan adalah internal terhadap segmen-segmenyang dialokasikan.

10.                  Alokasi ruang swap pada disk

Strategi dan algoritma yang dibahas adalah untuk mencatat memori utama. Ketika proses akan dimasukkan ke memori utama (swap-in), sistem dapat menemukan ruang untuk proses-proses itu.

Terdapat dua strategi utama penempatan proses yang dikeluarkan dari memori utama (swap-out) ke disk, yaitu :

· Ruang disk tempat swap dialokasikan begitu diperlukan.

Ketika proses harus dikeluarkan dari memori utama, ruang disk segera dialokasikan sesuai ukuran proses. Untuk itu diperlukan algoritma untuk mengelola ruang disk seperti untuk mengelola memori utama. Ketika proses dimasukkan kembali ke memori utama segera ruang disk untuk swap didealokasikan.

· Ruang disk tempat swap dialokasikan lebih dulu.

Saat proses diciptakan, ruang swap pada disk dialokasikan. Ketika proses harus dikeluarkan dari memori utama, proses selalu ditempatkan ke ruang yang telah dialokasikan, bukan ke tempat-tempat berbeda setiap kali terjadi swap-out. Ketika proses berakhir, ruang swap pada disk didealokasikan.

MANAJEMEN I/O

Sering disebut device manager. Menyediakan “device driver” yang umum sehingga operasi I/O dapat seragam (membuka, membaca, menulis, menutup). Contoh: pengguna menggunakan operasi yang sama untuk membaca file pada hard-disk, CD-ROM dan floppy disk.
Komponen Sistem Operasi untuk sistem I/O :

Buffer : menampung sementara data dari/ke perangkat I/O.

• Spooling : melakukan penjadwalan pemakaian I/O sistem supaya lebih efisien (antrian dsb.).
• Menyediakan “driver” untuk dapat melakukan operasi “rinci” untuk perangkat keras I/O tertentu.
• Manajemen perangkat masukan/keluaran merupakan aspek perancangan sistem
  operasi terluas dan kompleks karena sangat beragamnya perangkat dan
  aplikasinya.
  Beberapa fungsi manajemen input/ouput (I/O) :

1. 1. Mengirim perintah ke perangkat I/O agar menyediakan layanan.
   2. Menangani interupsi perangkat I/O.
   3. Menangani kesalahan perangkat I/O.
   4. Menyediakan interface ke pemakai.

Klasifikasi perangkat I/O

Perangkat I/O dapat dikelompokkan berdasarkan :

a.         Sifat aliran datanya, yang terbagi atas :

1          Perangkat berorientasi blok.

Yaitu menyimpan, menerima, dan mengirim informasi sebagai blok-blok berukuran tetap yang berukuran 128 sampai 1024 byte dan memiliki alamat tersendiri, sehingga memungkinkan membaca atau menulis blok-blok secara independen, yaitu dapat membaca atau menulis sembarang blok tanpa harus melewati blok-blok lain. Contoh : disk,tape,CD ROM, optical disk.

2          Perangkat berorientasi aliran karakter.

Yaitu perangkat yang menerima, dan mengirimkan aliran karakter tanpa membentuk suatu struktur blok. Contoh : terminal, line printer, pita kertas, kartu-kartu berlubang, interface jaringan, mouse.

b.         Sasaran komunikasi, yang terbagi atas :

1          Perangkat yang terbaca oleh manusia.

Perangkat yang digunakan untuk berkomunikasi dengan manusia.Contoh : VDT (video display terminal) : monitor, keyboard, mouse.

2          Perangkat yang terbaca oleh mesin.

Perangkat yang digunakan untuk berkomunikasi dengan perangkat elektronik.Contoh : Disk dan tape, sensor, controller.

3          Perangkat komunikasi.

Perangkat yang digunakan untuk komunikasi dengan perangkat jarak jauh.Contoh : Modem.

Faktor-faktor yang membedakan antar perangkat :

o Kecepatan transmisi data (data rate).

o Jenis aplikasi yang digunakan.

o Tingkat kerumitan dalam pengendalian.

o Besarnya unit yang ditransfer.

o Representasi atau perwujudan data.

o Kondisi-kondisi kesalahan.Teknik pemograman perangkat I/O

1. c. Terdapat 3 teknik pemrograman, yaitu :
2. I/O terprogram atau polling system.

Ketika perangkat I/O menangani permintaan, perangkat men-set bit status di register status perangkat. Perangkat tidak memberitahu ke pemroses saat tugas telah selesai dilakukan sehingga pemroses harus selalu memeriksa register tersebut secara periodik dan melakukan tindakan berdasar status yang dibaca. Software pengendali perangkat (driver) dipemroses harus mentransfer data ke/dari pengendali. Driver mengeksekusi perintah yang berkomunikasi dengan pengendali (adapter) di perangkat dan menunggui sampai operasi yang dilakukan perangkat selesai.Driver berisi kumpulan instruksi :

1 Pengendalian.

Berfungsi mengaktifkan perangkat eksternal dan memberitahu yang perlu dilakukan. Contoh : unit tape magnetik diinstruksikan untuk kembali ke posisi awal, bergerak ke record berikut, dan sebagainya.

2 Pengujian.

Berfungsi memeriksa status perangkat keras berkaitan dengan perangkat I/O.

3 Pembacaan/penulisan

Berfungsi membaca/menulis untuk transfer data antara register pemroses dan perangkat eksternal.Masalah utama I/O terprogram adalah pemroses diboroskan untuk menunggu dan menjagai operasi I/O. Diperlukan teknik lain untuk meningkatkan efisiensi pemroses.

b.         I/O dikendalikan interupsi.

Teknik I/O dituntun interupsi mempunyai mekanisme kerja sebagai berikut :

o Pemroses memberi instruksi ke perangkat I/O kemudian melanjutkan melakukan pekerjaan lainnya.

o Perangkat I/O akan menginterupsi meminta layanan saat perangkat telah siap bertukar data dengan pemroses.

o Saat menerima interupsi perangkat keras (yang memberitahukan bahwa perangkat siap melakukan transfer), pemroses segera mengeksekusi transfer data.

Keunggulan :

o Pemroses tidak disibukkan menunggui dan menjaga perangkat I/O untuk memeriksa status perangkat.

Kelemahan :

o Rate transfer I/O dibatasi kecepatan menguji dan melayani operasi perangkat.
o Pemroses terikat ketat dalam mengelola transfer I/O. Sejumlah intruksi harus dieksekusi untuk tiap transfer I/O.

c.         Dengan DMA (direct memory access).

DMA berfungsi membebaskan pemroses menunggui transfer data yang dilakukan perangkat I/O. Saat pemroses ingin membaca atau menulis data, pemroses memerintahkan DMA controller dengan mengirim informasi berikut :

o Perintah penulisan/pembacaan.

o Alamat perangkat I/O.

o Awal lokasi memori yang ditulis/dibaca.

o Jumlah word (byte) yang ditulis/dibaca.

Setelah mengirim informasi-informasi itu ke DMA controller, pemroses dapat melanjutkan kerja lain. Pemroses mendelegasikan operasi I/O ke DMA. DMA mentransfer seluruh data yang diminta ke/dari memori secara langsung tanpa melewati pemroses. Ketika transfer data selesai, DMA mengirim sinyal interupsi ke pemroses. Sehingga pemroses hanya dilibatkan pada awal dan akhir transfer data. Operasi transfer antara perangkat dan memori utama dilakukan sepenuhnya oleh DMA lepas dari pemroses dan hanya melakukan interupsi bila operasi telah selesai.
Keunggulan :
o Penghematan waktu pemroses.

o Peningkatan kinerja I/O.

Evolusi fungsi perangkat I/O

Sistem komputer mengalami peningkatan kompleksitas dan kecanggihan komponen-komponennya, yang sangat tampak pada fungsi-fungsi I/O sebagai berikut :

a.         Pemroses mengendalikan perangkat I/O secara langsung.

Masih digunakan sampai saat ini untuk perangkat sederhana yang dikendalikan mikroprosessor sehingga menjadi perangkat berintelijen (inteligent device).

b.         Pemroses dilengkapi pengendali I/O (I/O controller).

Pemroses menggunakan I/O terpogram tanpa interupsi, sehingga tak perlu memperhatikan rincian-rincian spesifik antarmuka perangkat.

c.         Perangkat dilengkapi fasilitas interupsi.

Pemroses tidak perlu menghabiskan waktu menunggu selesainya operasi I/O, sehingga meningkatkan efisiensi pemroses.

d.         I/O controller mengendalikan memori secara langsung lewat DMA.

Pengendali dapat memindahkan blok data ke/dari memori tanpa melibatkan pemroses kecuali diawal dan akhir transfer.

e.         Pengendali I/O menjadi pemroses terpisah.

Pemroses pusat mengendalikan.memerintahkan pemroses khusus I/O untuk mengeksekusi program I/O di memori utama. Pemroses I/O mengambil dan mengeksekusi intruksi-intruksi ini tanpa intervensi pemroses pusat. Dimungkinkan pemroses pusat menspesifikasikan barisan aktivitas I/O dan hanya diinterupsi ketika seluruh barisan intruksi diselesaikan.

f.          Pengendali I/O mempunyai memori lokal sendiri.

Perangkat I/O dapat dikendalikan dengan keterlibatan pemroses pusat yang minimum.
Arsitektur ini untuk pengendalian komunikasi dengan terminal-terminal interaktif. Pemroses I/O mengambil alih kebanyakan tugas yang melibatkan pengendalian terminal.
Evolusi bertujuan meminimalkan keterlibatan pemroses pusat, sehingga pemroses tidak disibukkan dengan tugas I/O dan dapat meningkatkan kinerja sistem.
Prinsip manajemen perangkat I/O
Terdapat dua sasaran perancangan I/O, yaitu :

a.         Efisiensi.

Aspek penting karena operasi I/O sering menimbulkan bottleneck.

b.         Generalitas (device independence).

Manajemen perangkat I/O selain berkaitan dengan simplisitas dan bebas kesalahan, juga menangani perangkat secara seragam baik dari cara proses memandang maupun cara sistem operasi mengelola perangkat dan operasi I/O.

Software diorganisasikan berlapis. Lapisan bawah berurusan menyembunyikan kerumitanperangkat keras untuk lapisan-lapisan lebih atas. Lapisan lebih atas berurusanmemberi antar muka yang bagus, bersih, nyaman dan seragam ke pemakai. Masalah-masalah manajemen I/O adalah :

a.         Penamaan yang seragam (uniform naming).

Nama berkas atau perangkat adalah string atau integer, tidak bergantung pada perangkat sama sekali.

b.         Penanganan kesalahan (error handling).

Umumnya penanganan kesalahan ditangani sedekat mungkin dengan perangkat keras.
c.         Transfer sinkron vs asinkron.

Kebanyakan I/O adalah asinkron. Pemroses mulai transfer dan mengabaikan untuk melakukan kerja lain sampai interupsi tiba. Program pemakai sangat lebih mudah ditulis jika operasi I/O berorientasi blok. Setelah perintah read, program kemudian ditunda secara otomatis sampai data tersedia di buffer.

d.         Sharable vs dedicated.

Beberapa perangk dapat dipakai bersama seperti disk, tapi ada juga perangkat yang hanya satu pemakai yang dibolehkan memakai pada satu saat. Contoh : printer.

Hirarki manajemen perangkat I/O
Hirarki manajemen perangkat I/O :

a.         Interrupt handler.

Interupsi harus disembunyikan agar tidak terlihat rutin berikutnya. Device driver di blocked saat perintah I/O diberikan dan menunggu interupsi. Ketika interupsi terjadi, prosedur penanganan interupsi bekerja agar device driver keluar dari state blocked.

b.         Device drivers.

Semua kode bergantung perangkat ditempatkan di device driver. Tiap device driver menangani satu tipe (kelas) perangkat dan bertugas menerima permintaan abstrak perangkat lunak device independent diatasnya dan melakukan layanan permintaan.

Mekanisme kerja device driver :

o          Menerjemahkan perintah abstrak menjadi perintah konkret.

o          Setelah ditentukan perintah yang harus diberikan ke pengendali, device driver mulai menulis ke register-register pengendali perangkat.

o          Setelah operasi selesai dilakukan perangkat, device driver memeriksa status kesalahan yang terjadi.

o          Jika berjalan baik, device driver melewatkan data ke perangkat lunak device independent.

o          Kemudian device driver melaporkan status operasinya ke pemanggil.

c.         Perangkat lunak device independent.

Bertujuan membentuk fungsi-fungsi I/O yang berlaku untuk semua perangkat dan memberi antarmuka seragam ke perangkat lunak tingkat pemakai. Fungsi-fungsi lain yang dilakukan :

o          Sebagai interface seragam untuk seluruh device driver.

o          Penamaan perangkat.

o          Proteksi perangkat.

o          Memberi ukuran blok perangkat agar bersifat device independent.

o          Melakukan buffering.

o          Alokasi penyimpanan pada block devices.

o          Alokasi dan pelepasan dedicated devices.

o          Pelaporan kesalahan.

d.         Perangkat lunak level pemakai.

Kebanyakan perangkat lunak I/O terdapat di sistem operasi. Satu bagian kecil berisi pustaka-pustaka yang dikaitkan pada program pemakai dan berjalan diluar kernel. System calls I/O umumnya dibuat sebagai prosedur-prosedur pustaka. Kumpulan prosedur pustaka I/O merupakan bagian sistem I/O. Tidak semua perangkat lunak I/O level pemakai berupa prosedur- prosedur pustaka. Kategori penting adalah sistem spooling. Spooling adalah cara khusus berurusan dengan perangkat I/O yang harus didedikasikan pada sistem multiprogramming.

Buffering I/O

Buffering adalah melembutkan lonjakan-lonjakan kebutuhan pengaksesan I/O, sehingga meningkatkan efisiensi dan kinerja sistem operasi.Terdapat beragam cara buffering, antar lain :
a.         Single buffering.

Merupakan teknik paling sederhana. Ketika proses memberi perintah untuk perangkat I/O, sistem operasi menyediakan buffer memori utama sistem untuk operasi.Untuk perangkat berorientasi blok.Transfer masukan dibuat ke buffer sistem. Ketika transfer selesai, proses memindahkan blok ke ruang pemakai dan segera meminta blok lain. Teknik ini disebut reading ahead atau anticipated input. Teknik ini dilakukan dengan harapan blok akan segera diperlukan. Untuk banyak tipe komputasi, asumsi ini berlaku. Hanya di akhir pemrosesan maka blok yang dibaca tidak diperlukan.

Keunggulan :

Pendekatan in umumnya meningkatkan kecepatan dibanding tanpa buffering. Proses pemakai dapat memproses blok data sementara blok berikutnya sedang dibaca. Sistem operasi dapat menswap keluar proses karena operasi masukan berada di memori sistem bukan memori proses pemakai.

Kelemahan :

o          Merumitkan sistem operasi karena harus mencatat pemberian buffer-buffer sistem ke proses pemakai.

o          Logika swapping juga dipengaruhi. Jika operasi I/O melibatkan disk
untuk swapping, maka membuat antrian penulisan ke disk yang sama yang digunakan untuk swap out proses. Untuk menswap proses dan melepas memori utama tidak dapat dimulai sampai operasi I/O selesai, dimana waktu swapping ke disk tidak bagus untuk dilaksanaka Buffering keluaran serupa buffering masukan. Ketika data transmisi, data lebih dulu dikopi dari ruang pemakai ke buffer sistem. Proses pengirim menjadi bebas untuk melanjutkan eksekusi berikutnya atau di swap ke disk jika perlu.Untuk perangkat berorientasi aliran karakter.

Single buffering dapat diterapkan dengan dua mode, yaitu :

o          Mode line at a time.

Cocok untuk terminal mode gulung (scroll terminal atau dumb terminal). Masukan pemakai adalah satu baris per waktu dengan enter menandai akhir baris. Keluaran terminal juga serupa, yaitu satu baris per waktu.

Contoh mode ini adalah printer.Buffer digunakan untuk menyimpan satu baris tunggal. Proses pemakai ditunda selama masukan, menunggu kedatangan satu baris seluruhnya. Untuk keluaran, proses pemakai menempatkan satu baris keluaran pada buffer dan melanjutkan pemrosesan. Proses tidak perlu suspend kecuali bila baris kedua dikirim sebelum buffer dikosongkan.
o          Mode byte at a time.

Operasi ini cocok untuk terminal mode form, dimana tiap ketikan adalah penting dan untuk peripheral lain seperti sensor dan pengendali.

b.         Double buffering.

Peningkatan dapat dibuat dengan dua buffer sistem.Proses dapat ditransfer ke/dari satu buffer sementara sistem operasi mengosongkan (atau mengisi) buffer lain. Teknik ini disebut double buffering atau buffer swapping. Double buffering menjamin proses tidak menunggu operasi I/O. Peningkatan ini harus dibayar dengan peningkatan kompleksitas. Untuk berorientasi aliran karakter, double buffering mempunyai 2 mode alternatif, yaitu :
o          Mode line at a time.

Proses pemakai tidak perlu ditunda untuk I/O kecuali proses secepatnya mengosongkan buffer ganda.

o          Mode byte at a time.

Buffer ganda tidak memberi keunggulan berarti atas buffer tunggal. Double buffering mengikuti model producer-consumer.

1. Circular buffering.

Seharusnya melembutkan aliran data antara perangkat I/O dan proses. Jika kinerja proses tertentu menjadi fokus kita, maka kita ingin agar operasi I/O mengikuti proses. Double buffering tidak mencukupi jika proses melakukan operasi I/O yang berturutan dengan cepat. Masalah sering dapat dihindari dengan menggunakan lebih dari dua buffer. Ketika lebih dari dua buffer yang digunakan, kumpulan buffer itu sendiri diacu sebagai circulat buffer. Tiap bufferindividu adalah satu unit di circular buffer.

Sumber: http://rizkyyears19.blogspot.co.id/